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EFB-Forschungsbericht Nr. 325

Entwicklung automatisierter Fertigungsstrategien für das Kopiertreiben

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, Dipl.-Ing. Zongru Yang, Dipl.-Wirtsch.-Ing.(FH) Daniel Scherer utg Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München - Prof. Gudrun Klinker, Ph.D., Dipl.-Inf. Florian Echtler, Institut für Informatik, Fachgebiet Augmented Reality der Technischen Universität München

72 Seiten (sw, 31 teilweise farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-361-5

Preis (Digital) EUR 58,00

Preis (Print) EUR 65,00

Zusammenfassung

Der steigende Bedarf an individuellen Blechformteilen erfordert flexible Fertigungsverfahren die auch bei geringen Stückzahlen eine wirtschaftliche Fertigung ermöglichen. Im Vergleich zur Großserienfertigung kommen bei der Kleinserienfertigung hauptsächlich manuelle Verfahren zum Einsatz, die meist zu hohen Lohnkosten und schlechter Reproduzierbarkeit führen. Das Kraftformerverfahren als ein traditionell handwerkliches Umformverfahren verwendet Universalwerkzeuge (z.B. Stauchen und Strecken), mit denen fast beliebige 3D-Geometrien hergestellt werden können.

Durch eine Automatisierung mit robotergestützter Bauteilführung würden sich enorme Potentiale eröffnen. Die Automatisierung inkrementeller Umformprozesse stellt sich aufgrund Materialverfestigungen und ständig verändernder Kontaktparameter als sehr komplex dar. Beim Kopierprozess werden die Prozessparameter manueller Fertigungen aufgezeichnet und in Fertigungsparameter der Kraftformer-Roboter-Zelle übertragen. Die benötigten Prozessparameter sind die manuelle Bauteilbewegung und die zugehörigen Schlagstärken, die jeweils durch das Trackingsystem und den Steuerrechner synchron aufgenommen werden. Weiterhin wird eine Kalibrierung zwischen Roboter und Trackingsystem durchgeführt, um die Bauteilbewegung in das Roboterkoordinatensystem zu transformieren. Schließlich werden die kombinierten Steuerungsdaten für die Fertigungseinheit Kraftformer-Roboter generiert. Das Kopierverfahren eignet sich daher exzellent für Kleinserienfertigung und reduziert die manuellen Wertschöpfungsanteile bei steigender Reproduzierbarkeit erheblich. Das Forschungsziel, die Aufzeichnung, Verarbeitung und die reproduzierbare Nachfertigung manueller Fertigungsstrategien, wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Entwicklung automatisierter Fertigungsstrategien für das Kopiertreiben“ wurde unter der Fördernummer AiF 15755N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 325 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Abstract

The increased demand for sheet metal parts in small batch size requires flexible and economic manufacturing methods. In comparison to optimized large batch production, the main problems are the high manual work and the poor reproducibility. As a traditional manual metal forming method, the kraftformer method uses the universal tools (eg. stretching and shrinking) and can produce almost any 3D metal parts. The application of an industrial robot enables the automation of this production process in synchronization with the kraftformer. But the forming process represents itself as complicated because of the material hardening and the changing of contact conditions. Hence, the so-called copying concept is proposed for automating this production process. In this concept, the manual movements of metal parts and the stroke forces are to be recorded synchronously and then transferred in robot-handled processes. A tracking system is used to track the movements of metal parts and transform them into the robot coordinate system based on the calibration between the robot and the tracking system. Finally, the control data has to be generated for the ro-bot and the kraftformer. This copying method can be used for the small batch production. In addition, it proves a well acceptable reproducibility. The project goal has been achieved.

Inhalt

Kurzzeichenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Inkrementelle Umformverfahren
2.2 Kraftformerverfahren
2.3 Aktueller Forschungsstand
3 Zielsetzung und Aufgabenstellung
3.1 Zielsetzung
3.2 Aufgabenstellung
4 Aufbau der Fertigungszelle
4.1 Kraftformer
4.2 Roboter
4.3 Trackingsystem
5 Arbeitsplan
6 Bauteilspektrum und Greifsystem
6.1 Auswahl des Bauteilspektrums
6.2 Greifsystem
7 Kopierprozess
7.1Synchronisierung Kraftformer-Roboter
7.2 Implementierung des Trackingsystems
7.2.1 Erkennung des Markerbaums
7.2.2 Synchronisierung der Schlagposition und -stärke
7.3 Tracking der Bauteilbewegungen
7.3.1 Aufzeichnen der Bauteilbewegungen
7.3.2 Extrahieren der Umformtrajektorien
7.4 Generieren der Steuerungsdaten
7.4.1 Direkte Kalibrierung
7.4.2 Hand-Eye Kalibrierung
7.4.3 Bahndaten
7.4.4 Durchführung
8 Optimierung
8.1 Abweichungen
8.2 Maßnahmen
8.2.1 Erhöhung der Kalibrierungsgenauigkeit
8.2.2 Interpolation der Umformtrajektorien
8.3 Spiegelung der Bahndaten
9 Zusammenfassung und Ausblick
9.1 Zusammenfassung
9.2 Ausblick
10 Verzeichnisse
10.1 Abbildungsverzeichnis
10.2 Literaturverzeichnis
11 Farbabbildungen